تعریف خروجی کلکتور باز

تعریف خروجی کلکتور باز:
تا این قسمت با نحوه استفاده از مقاومت های پول داون و پول آپ در گیت های منطقی به منظور کنترل سطح ولتاژ آشنا شدیم.

اما می توان از مقاومت پول آپ در خروجی گیت ها نیز برای اتصال گیت ها با تکولوژی های مختلف مانند اتصال گیت TTL به گیت CMOS استفاده کرد. کاربرد دیگر این مقاومت ها در خطوط انتقال است که ولتاژها و جریان های بالا نیاز است.

به منظور استفاده از مقاومت های پول داون و پول آپ برای اهداف بالا، بعضی از گیت های منطقی به نحوی تولید می شوند که خروجی داخلی گیت، کلکتور باز (Open-Collector) از چپ (Left Open) هستند، به این معنی که گیت منطقی در واقع خروجی را به سطح HIGH نمی برد، بلکه فقط به سطح LOW می آورد، زیرا این کار وظیفه مقاومت پول آپ خارجی است.

به عنوان مثالی از چنین گیت هایی، می توان به TTL 74LS01 اشاره کرد که یک گیت NAND با دو ورودی دوتایی است که بر خلاف آی سی استاندارد TTL 74LS00 دارای خروجی کلکتور باز است.

خروجی های کلکتور باز و یا در مورد آی سی های تکنولوژی CMOS خروجی های درین باز (Open-Drain)، معمولا در آی سی های درایور، اینورتر و بافر مورد استفاده قرار می گیرند.

این خروجی ها، جریان و یا ولتاژهای خروجی بسیار بزرگ تر را نسبت به آن چه با استفاده از گیت های منطقی معمولی به دست می آیند، ممکن می سازند. مثلا برای راه اندازی یک بار بزرگ مانند نمایش گر LED، رله و یا یک موتور جریان مستقیم از این نوع گیت های منطقی استفاده می شود.

گیت های منطقی، میکروکنترلرها و سایر مدارهای منطقی که دارای خروجی کلکتور باز هستند، قادر نیستند خروجی خود را به حالت HIGH ببرند؛ زیرا مسیر داخلی برای ولتاژ منبع تغذیه وجود ندارد.

وجود این شرایط به این معنی است که خروجی آن ها یا در حالت LOW به زمین متصل است و یا در حالت HIGH شناور است.

بنابراین یک مقاومت پول آپ خارجی (RPULL−UP) برای اتصال از ترمینال کلکتور باز متعلق به ترانزیستور به منبع تغذیهVCC لازم است. نمونه ای از یک خروجی کلکتور باز در تصویر زیر نشان داده شده است.

با استفاده از یک مقاومت پول آپ خارجی، خروجی به طریق مشابه با یک گیت منطقی در شرایط نرمال کار می کند، که در این حالت، زمانی که ترانزیستور خروجی باز یا خاموش باشد، خروجی در سطح HIGH منطقی قرار دارد و زمانی که ترانزیستور در حالت روشن یا متصل باشد، خروجی در سطح LOW قرار دارد.

بنابراین ترانزیستور برای تغییر سطح خروجی به صفر منطقی روشن می شود.

اندازه مقاومت پول آپ خروجی به مقدار بار متصل شده و نیز افت ولتاژ در طول مقاومت هنگام خاموش بودن ترانزیستور بستگی دارد.

زمانی که خروجی در حالت LOW قرار دارد، ترانزیستور باید قادر باشد که جریان بار را از طریق مقاومت پول آپ جذب (Sink) کند.

به طریق مشابه زمانی که ترانزیستور خاموش باشد و خروجی در سطح منطقی HIGH قرار داشته باشد، جریان عبوری از مقاومت پول آپ باید به اندازه کافی برای هر وسیله متصل به آن بزرگ باشد.

مشابه با آن چه قبلا در مورد ورودی ها مشاهده کردیم، خروجی های یک گیت منطقی نیز تحت دو سطح منطقی عمل می کنند که این دو سطح، توسط دو ولتاژ متفاوت نشان داده می شوند.

یکی از این ولتاژها، ولتاژ بالا یاVH برای سطح یک منطقی و دیگری ولتاژ پایین یاVL برای سطح منطقی صفر است. با توجه به این دو سطح ولتاژ، بازه های ولتاژی متفاوتی وجود دارند، که عملکرد مدار با توجه به آن ها تعیین می شود.

VOH(min) کمینه ولتاژ خروجی است که به عنوان ولتاژ خروجی سطح HIGH شناخته می شود و این مقدار برای گیت های TTL برابر با 2٫7 است.

VOL(max) نیز بیشینه ولتاژ خروجی است که به عنوان خروجی سطح صفر منطقی شناسایی می شود. این مقدار در گیت های TTL برابر با 0٫5 است.

بنابراین می توان نتیجه گرفت که در مورد آی سی TTL 74LSxxx ولتاژهای خروجی بین 0 تا 0٫5 به عنوان ولتاژ سطح LOW و ولتاژهای خروجی بین 2٫7 تا 5 به عنوان ولتاژ سطح HIGH در نظر گرفته می شوند.

مقادیر زیر برای یک آی سی 7401 کلکتور باز مربوط به گیت NAND هستند:

هنگام استفاده از گیت های منطقی کلکتور باز، مقدار مقاومت پول آپ مورد نیاز با استفاده از فرمول زیر تعیین می شود:

توجه کنید که مقدار مقاومت پول آپ باید به نحوی محاسبه شود که جریان عبوری از آن از مقدارIOL(max) بیشتر نشود.

همان طور که قبلا نیز اشاره شد، گیت های منطقی کلکتور باز برای درایو بارهایی که به سطوح ولتاژ و جریان بالا نیاز دارند، مناسب هستند.

TTL 74LS06 که یک آی سی متعلق به درایور بافر اینورتر است، دارای IOL(max) در حدود 40 میلی آمپر است و نیزVOH(max) آن برخلاف آی سی های متداول که 5 ولت است، در سطح 30 ولت قرار دارد.

اما خود آی سی باید از ولتاژ تغذیه 5 ولت استفاده کند. بنابراین 74LS06 به ما اجازه اتصال بارهای تا 40 میلی آمپر را می دهد.